Новый инструмент для редактирования генов «проникает» в ДНК клетки без разрезов

Ученые из Гарварда продемонстрировали альтернативную систему генной инженерии под названием Retron Library Recombineering (RLR), которая работает без разрезания ДНК и может быть быстро применена к огромным популяциям клеток.

CRISPR работает как генетические ножницы, способные вносить точные изменения «вырезать и вставить» в геном живых клеток. Система может искать определенную последовательность ДНК, а затем использовать фермент, чаще всего Cas9, чтобы разрезать ее. Когда клетка выполняет свои процедуры восстановления ДНК, CRISPR дает команду использовать другую последовательность вместо исходной, тем самым редактируя геном.

Эта система уже доказала свою неоценимую роль лечении от таких заболеваний, как рак, ВИЧ и мышечная дистрофия, до борьбы с вредителями, улучшения урожая и создания биологические компьютеры из бактерий.

Но есть потенциальные проблемы. Разрезание ДНК может вызвать некоторые непреднамеренные побочные эффекты, и высказывались опасения, что CRISPR может вносить изменения в неправильную часть генома. Также могут быть сложности в масштабировании для внесения большого количества правок за один раз и отслеживания эффекта мутаций в лабораторных тестах.

Новая технология редактирования генов, разработанная исследователями из Гарвардской медицинской школы и Института Висса, пытается решить эти проблемы. Основное отличие RLR заключается в том, что он вообще не разрезает ДНК - вместо этого он вводит новый сегмент ДНК, пока клетка реплицирует свой геном перед делением.

Он делает это с помощью ретронов, которые представляют собой сегменты бактериальной ДНК, которые производят фрагменты одноцепочечной ДНК. Оказывается, изначально это был механизм самозащиты, который бактерии использовали, чтобы проверить, не заражены ли они вирусом.

Добавляя нужный сегмент ДНК вместе с белком (SSAP), система RLR гарантирует, что предполагаемый сегмент ДНК окажется в геноме дочерней клетки после деления исходной клетки.

У новой системы есть и другие преимущества. Она хорошо масштабируется, позволяя производить миллионы мутаций одновременно, а доля отредактированных клеток фактически увеличивается со временем по мере репликации клеток. Последовательность ретрона также можно отслеживать как «штрих-код», что позволяет ученым легко проверять, какие клетки получили какие изменения, при попытке изучить эффекты.

Чтобы протестировать систему, исследователи применили ее к редактированию популяций кишечной палочки. Они использовали ретроны, чтобы ввести в бактерии гены устойчивости к антибиотикам, и после внесения нескольких других настроек в ошибки, чтобы помешать им исправлять «ошибки» ДНК, они обнаружили, что более 90 процентов клеток включили желаемую последовательность через 20 поколений. А благодаря штрих-кодам ретронов команда смогла легко отследить, какие изменения привели к переносу нужных генов в бактериальный геном.

Исследование было опубликовано в журнале PNAS.